Надзвуковий політ. Надзвуковий літак – історія розвитку

Облетіти Землю за кілька годин. Це не міф, це реальність, якщо бути пасажиром супершвидкого літака.

Boeing X-43

Гіперзвуковий літак Х-43А - це найшвидший літак у світі. Безпілотник під час тестування показав фантастичні результати, він летів зі швидкістю 11 230 кілометрів на годину. Це приблизно 9,6 разів більше, ніж швидкість звуку.

Проектували та створювали машину X-43A фахівці NASA, Orbital Sciences Corporation та MicroCraft Inc. Щоб рекордсмен з'явився на світ, знадобилося близько десяти років досліджень у сфері надзвукових прямоточних повітряно-реактивних двигунів, які здатні розганяти літаки до надзвукових швидкостей. На проект знадобилося чверть мільярда доларів.

Найшвидший літак на планеті не відрізняється великими розмірами. Розмах його крил лише півтора метри, довжина ж лише 3,6 метра. На швидкому літаку встановили експериментальний прямоточний двигун надзвукового горіння Supersonic Combustion Ramjet (SCRamjet). І головна його особливість у тому, що немає деталей, що труться. Ну а паливо, на якому літає рекордсмен – це суміш кисню та водню. Творці не стали відводити місце під спеціальні баки для кисню, він забирається прямо з атмосфери. Це дозволило зменшити масу літака. У результаті, в результаті використання кисню з воднем двигун виділяє звичайну водяну пару.

Найшвидший літак у світі Boeing X-43 літає зі швидкістю 11230 км/год

Варто відзначити, що найшвидший літак у світі розроблявся спеціально для випробувань новітньої технології, а саме гіперзвукову альтернативу сучасним турбореактивним двигунам. Вчені вважають, що гіперзвукові літаки зможуть долетіти до будь-якої точки Землі лише за 3-4 години.

Orbital Sciences Corporation Х-34

Х-34 також є найшвидшим літаком. Причому він може розвивати ще більшу швидкість, ніж попередній, а саме 12144 кілометри на годину. Втім, у списку найшвидших він на другому місці. Все тому, що на експериментах він зміг розвинути швидкість меншу за 11230 кілометрів на годину. Прискорення літак отримує за допомогою твердопаливної ракети Пегас (Pegasus), яка прикріплена до повітряного судна.

Вперше випробували цей найшвидший літак у світі навесні 2001 року. І на те, щоб створити та протестувати двигун апарату Hyper-X пішло 7 років та 250 мільйонів доларів. Випробування Х-34 закінчилися успіхом лише навесні 2004 року. Тоді під час запуску над Тихим океаном біля острова Святого Миколая машина розігналася до 11 тисяч кілометрів на годину. Цей літак більший, ніж рекордсмен. Довжина літака 17,78 метра, розмах крил 8,85 метра, висота вже 3,5 метра. Повітряне судно хоч і швидко літає, але маса в нього велика 1270 кілограмів. Максимум, яку висоту він може піднятися – 75 кілометрів.

North American X-15

Х-15 – це вже експериментальний американський літак-ракетоплан, оснащений ракетними двигунами. Х-15 перший і протягом сорока років єдиний за всю історію пілотований гіперзвуковий літак, який здійснив суборбітальні космічні польоти з пілотами. У цього літального апарату основне завдання – вивчати умови польоту на гіперзвукових швидкостях, а також досліджувати умови входу в атмосферу крилатих апаратів. Він призначений для оцінки нових конструкторських рішень, покриттів та психофізичних аспектів управління в умовах верхніх шарів атмосфери. Концепцію проекту затвердили у 1954 році. І в польоті було зафіксовано неофіційний рекорд висоти, який тримався з 1963 року до 2004 року. Цей літак здатний летіти зі швидкістю 7274 кілометри на годину.

Втім, незважаючи на вражаючу швидкість, важить літак дуже пристойно – понад 15 тисяч кілограмів. Але це з огляду на масу палива. При посадці літальний апарат важить вдвічі менше. Висота, на яку може піднятися Х-15, – майже 110 кілометрів. Ну а дальність польоту становить 543,4 км.

SR-71 («Blackbird»)

SR-71 – це стратегічний надзвуковий розвідник військово-повітряних сил США. І це найшвидший літак, до того ж найсерйозніший серійний. Таким залишається протягом останніх 25 років. У нього досить компактні розміри: довжина 32,76 метра, висота 5,64 метра, а розмах крил 16,95 метра. За таких даних вражає маса літака, при зльоті вона становить понад 77 тисяч кілограмів, щоправда, порожнє повітряне судно важить близько 27 тисяч кілограмів. Ну а максимальна швидкість, з якою здатна літати SR-71 – 3715 кілометрів на годину.

Міг-25 («Летюча миша»)

А ось це найшвидший на планеті реактивний військовий літак. Саме на ньому було встановлено рівно 29 світових рекордів. Розроблено та побудовано два різновиди цього літального апарату: перехоплювач та розвідник. Довжина літака становить 23,82 метра, висота майже 6 метрів, розмах крил 13,95 у розвідника та 14,015 у перехоплювача. Максимальна злітна маса літака 41 200 кілограмів, а при посадці вона дорівнює 18 800 кілограмів. Літає Міг-25 зі швидкістю 3395 кілометрів на годину.

Винищувач-перехоплювач МІГ-25 - найшвидший літак у Росії

МіГ-31

Це двомісний надзвуковий винищувач-перехоплювач, який призначений для польотів у будь-яку погоду та є літаком далекого радіусу дії. МіГ-31 є першим радянським бойовим літаком 4-го покоління. Він необхідний для перехоплення та знищення цілей у повітрі на великих, середніх, малих і гранично малих висотах, уночі та вдень, у різних метеоумовах, за активних та пасивних радіолокаційних перешкод у противника, навіть помилкових теплових цілях. Чотири літаки МіГ-31 можуть контролювати повітряний простір 800-900 кілометрів. Один літак має довжину 21,62 метра, висоту 6,5 метра і розмах крил 13,45 метра. Літає машина зі швидкістю 3 тисячі кілометрів на годину.

Макдоннел-Дуглас F-15 («Голок»)

А це всепогодний американський тактичний винищувач 4-го покоління. Він здатний завойовувати перевагу у повітрі. На озброєння «Голок» прийняли 1976 року. Усього існує 22 модифікації літака. F-15 застосовувалися в Перській затоці, Югославії та Близькому Сході. Винищувач розвиває максимальну швидкість 2650 кілометрів на годину.

Дженерал Дайнемікс F-111 ("Aardvark" або "Pig")

F-111 – двомісний тактичний бомбардувальник. 1996 року його вивели з бойового складу військово-повітряних сил США. Швидкість його пересування становить 2645 кілометрів на годину.
Підпишіться на наш канал у Яндекс.Дзен Опубліковано Вт, 09/29/2015 - 07:20 користувачем russianinterest...

Оригінал взятий у Швидкість, як мрія. Швидкість, як покликання

Золотими роками надзвукової авіації можна, мабуть, рахувати 1960-ті. Саме в той час здавалося що ось, ще трохи - і ескадрильї надзвукових літаків стануть єдиним варіантом повітряного бою, а надзвукові лайнери прокреслять своїми слідами наш небосхил, зв'язавши всі великі міста та світові столиці. Однак, виявилося, що і як у випадку з пілотованим космосом, похід людини до високих швидкостей аж ніяк не усіяний трояндами: пасажирська авіація так і застигла на позначці близько 800 кілометрів на годину, а військові літаки бовтаються в районі звукового бар'єру, зрідка наважуючись ненадовго залітати в область низького надзвуку, в районі числа Маха 2 або трохи більше.

З чим це пов'язано? Ні, аж ніяк не з тим, що «нема чого літати швидко» або «це нікому не потрібно». Швидше, тут йдеться про те, що в якусь мить світ почав йти шляхом найменшого опору і вважав, що науково-технічний прогрес — це самобіглий віз, який і так вже їде під гірку, через що штовхати його додатково — всього лише непотрібна витрата зайвих сил.

Задамося простим питанням — а чим такий важкий і витратний надзвуковий політ? Почнемо з того, що при подоланні літаком надзвукового бар'єру характер обтікання корпусу літального апарату різко змінюється: різко зростає аеродинамічний опір, збільшується кінетичний нагрів конструкції планера, а через зміщення аеродинамічного фокусу тіла, що обтікає, - відбувається втрата стійкості і керованості літака.

Звичайно, для обивателя і непідготовленого читача всі ці терміни звучать досить блякло і незрозуміло, але якщо резюмувати все це у вигляді однієї фрази, то вийде: «на надзвуку летіти складно». Але, ясна річ, аж ніяк не неможливо. При цьому, крім збільшення потужності двигунів, творцям надзвукових літаків доводиться йти на свідому зміну зовнішнього вигляду літака — у ньому з'являються характерні «стрімкі» прямі лінії, гострі кути на носі та на провідних кромках, що відразу ж відрізняє надзвуковий літак навіть зовні від «гладких». » та «прилизаних» форм дозвукових літаків.

Ніс Ту-144 відхилявся вниз при зльоті та посадці, щоб забезпечити хоча б мінімальний огляд пілотам.

Крім того, при оптимізації літака під надзвуковий політ у нього виникає ще одна неприємна особливість: він стає мало пристосованим для дозвукового польоту і досить незграбним у режимах зльоту та посадки, які йому все одно доводиться здійснювати на досить низьких швидкостях. Ті самі гострі лінії та стрімкі форми, такі хороші на надзвуку, пасують перед низькими швидкостями, на яких надзвуковим літакам неминуче доводиться рухатися на початку та в кінці свого польоту. А гострі носи надзвукових машин ще й не дають пілотам повного огляду ЗПС.

Ось, як приклад, носові частини двох нереалізованих у серії радянських надзвукових літаків – М-50 ОКБ Мясищева (на далекому плані) та Т-4 «об'єкт 100» ОКБ Сухого (поблизу).

Наочно видно зусилля конструкторів: це або спроба досягти компромісу в обводах, як у М-50, або зсувний ніс, що відхиляється донизу, як у Т-4. Цікаво, що Т-4 цілком міг стати першим серійним надзвуковим літаком, який повністю летів у горизонтальному надзвуковому польоті без природного огляду через ліхтар кабіни: на надзвуку носовий обтічник повністю закривав кабіну льотчиків і вся навігація здійснювалася лише по приладах, крім того на літаку був оптичний періскоп. Сьогоднішній рівень розвитку засобів навігації та телеметрії цілком дозволяє, до речі, відмовитися від складної конструкції зсувного носового обтічника надзвукового літака — його вже цілком можна піднімати і саджати лише по приладах, а то й взагалі без участі пілотів.

Однакові умови та завдання породжують подібні конструкції. У англо-французького "Конкорду" ніс теж зрушувався вниз при зльоті та посадці.

Що ж не дало СРСР створити вже 1974 року інноваційний комплекс протикорабельної боротьби на основі надзвукового Т-4, який був настільки передовим, що одних патентів у його конструкції набралося аж 600 штук?

Справа в тому, що КБ Сухого до середини 1970-х років не мав своїх виробничих потужностей для проведення розширених державних випробувань «об'єкта 100». Для цього процесу був не досвідчений, а серійний завод, на роль якого цілком підходило КАПО (Казанський авіаційний завод). Проте, як тільки почала готуватися постанова про підготовку Казанського авіаційного заводу до складання установчої партії Т-4, академік Туполєв, розуміючи, що він втрачає серійний завод, на якому випускали «стратегічний дефектоносець» Ту-22, вийшов з ініціативною пропозицією про створення його модифікації. Ту-22М, для чого, нібито, треба було лише трохи перепрофілювати виробництво. Хоча, надалі, Ту-22М був розроблений як абсолютно новий літак, рішення про передачу казанського заводу Сухому свого часу не було прийнято, а Т-4 у результаті опинився в музеї в Моніно.

Така велика різниця між Ту-22 і Ту-22М - спадок боротьби з Т-4.

Питання носового обтічника — це єдиний компроміс, який доводиться йти творцям надзвукових літаків. З багатьох причин у них виходить і неідеальний надзвуковий планер, і посередній дозвуковий літак. Таким чином, часто завоювання авіацією нових рубежів за швидкістю та висотою пов'язане не тільки з використанням більш досконалої або принципово нової рухової установки та нової компоновки літаків, але також зі змінами їхньої геометрії в польоті. На першому поколінні надзвукових машин такий варіант так і не реалізували, але саме ця ідея крила стріловидності, що змінюється, у результаті стала практично каноном у 1970-і роки. Такі зміни стріловидності крила, покращуючи характеристики літака при великих швидкостях, не повинні були погіршувати їх якості на малих швидкостях, і навпаки.

«Боїнг-2707» мав стати першим пасажирським надзвуковим літаком із змінною стріловидністю крила.

Цікаво, що долю «Боїнга-2707» загубило аж ніяк не його конструктивну недосконалість, а лише багато політичних питань. До 1969 року, коли програма розробки «Боїнга-2707» була на фінішній прямій, 26 авіакомпаній замовили у «Боїнгу» 122 літаки моделі 2707 вартістю майже 5 мільярдів доларів. У цей момент програма «Боїнга» вже вийшла з конструкторської та дослідницької фази і було розпочато будівництво двох дослідних зразків моделі 2707. Для завершення їх спорудження та виготовлення тестових літаків компанії необхідно було залучити десь 1-2 млрд. А загальна вартість програми з будівництвом 500 літаків наближалося до 5 млрд доларів. Потрібні були державні кредити. Принципово, іншим часом, у «Боїнга» знайшлися б на це й власні кошти, але не такими були 1960-ті.

Наприкінці 1960-х років виробничі потужності Boeing були завантажені створенням найбільшого дозвукового пасажирського літака у світі — «Боїнга-747», на якому ми літаємо і досі. В силу цього модель 2707 буквально на кілька років «не втовпився» вперед від «повітряного скотовозу» і опинилася позаду його кургузого фюзеляжу. В результаті все готівкове фінансування і все обладнання були задіяні на виробництво 747-го, а 2707 фінансувався «Боїнгом» за залишковим принципом.

Два підходи до пасажирської авіації - "Боїнг-747" і "Боїнг-2707" на одному малюнку.

Але складності зі створенням 2707 були набагато серйознішими, ніж просто технічними питаннями або виробничою програмою «Боїнга». З 1967 року у США шириться екологічний рух проти надзвукового пасажирського транспорту. Стверджувалося, що їхні польоти знищать озоновий шар, а потужний акустичний удар, що виникає при надзвуковому польоті, вважався неприпустимим для заселених територій. Під тиском громадської думки, а потім і конгресу президент Ніксон створює комісію з 12 членів для вирішення питання з фінансування програми SST, що включала і «Боїнг-2707». Але всупереч його очікуванням, комісія відкидає необхідність створення SST не лише з екологічних, а й з економічних причин. Для створення першого літака за їх розрахунками необхідно було витратити 3 млрд. дол, що окупилося б лише при продажі 300 літаків. Фінансовий стан США був ослаблений тривалою війною у В'єтнамі і витратами на місячну гонку.

Роботи над моделлю 2707 були припинені в 1971 році, після чого ще близько року «Боїнг» намагався продовжити будівництво на власні кошти. Крім того, приватні особи, аж до студентів та школярів, теж намагалися підтримати «літач американської мрії», на що було зібрано понад мільйон доларів. Але це не врятувало програму. У результаті закриття програми співпало зі спадом в аерокосмічній промисловості та з нафтовою кризою, внаслідок чого «Боїнг» був змушений скоротити в Сіетлі майже 70 000 своїх службовців, а модель 2707 отримала назву «літака, який з'їв Сіетл».

Goodnight, sweet prince. Кабіна та частина фюзеляжу «Боїнг-2707» в авіаційному музеї Хіллера.

Що ж рухало творцями надзвукових машин? З військовими замовниками ситуація загалом зрозуміла. Воякам завжди потрібен був літак, який летів би вище і швидше. Надзвукова швидкість польоту дозволила не тільки швидше досягти території супротивника, а й збільшити стелю польоту такого літака до висоти 20-25 кілометрів, що було актуально для розвідників та бомбардувальників. При високих швидкостях, як ми пам'ятаємо, зростає і підйомна сила крила, через що політ міг проходити в більш розрідженій атмосфері, і, як наслідок, на більшій висоті.

У 1960-ті роки, до часу появи зенітно-ракетних комплексів, здатних вражати цілі на висотах, основним принципом застосування бомбардувальників був політ до мети на максимально можливій висоті і швидкості. Звичайно, нинішні комплекси ППО закривають такого роду нішу використання надзвукових літаків (наприклад, комплекс С-400 може збивати цілі прямо в космосі, на висоті 185 кілометрів і за їх власної швидкості 4,8 км/с, по суті, будучи комплексом ПРО , а чи не ППО). Однак, у діях проти наземних, надводних і повітряних цілей надзвукова швидкість цілком затребувана і, як і раніше, присутня в перспективних військових планах як для російських, так і для західних літаків. Просто реалізація досить складного надзвукового польоту важко сумісна з завданням скритності та малопомітності, яку намагалися прищепити бомбардувальникам та винищувачам протягом останніх 30 років, через що вибирати доводиться, як то кажуть, щось одне — або ховатися, або прориватися.

Проте, чи має Росія зараз надійний засіб проти американських АУГ? Щоб так, не підбиратися до них на 300 кілометрів для запуску «Оніксів» якимось малопомітним, але вразливим судном? Т-4 мала струнку концепцію власного стилю знищення авіаносного угруповання, а чи є вона в Росії зараз? Думаю, що ні – як і немає досі гіперзвукових ракет Х-33 та X-45.

Американський бомбардувальник XB-70 "Валькірія". Саме з ними мав боротися МіГ-25.

Куди поверне майбутнє військового літакобудування – питання відкрите.

Я ж хочу сказати ще пару слів про надзвукові цивільні літаки.

Їх експлуатація дозволяла не тільки значно скоротити час перельоту на далеких рейсах, але й використовувати незавантажений повітряний простір на великій висоті (близько 18 км), тоді як основний повітряний простір, що використовується лайнерами (висоти 9—12 км), вже навіть у 1960-ті роки було значно завантаженим. Також надзвукові літаки здійснювали польоти за спрямованими маршрутами (поза повітряними трасами та коридорами). І це вже не кажучи про елементарне: економію часу звичайних пасажирів, яка становила близько половини часу польоту при, наприклад, перельоті Європа-США.

При цьому, повторюся ще раз — проект надзвукових літаків, як військових, так і цивільних, аж ніяк не неможливі з практичної точки зору або нереальні з економічної точки зору.

Ми просто свого часу згорнули «не туди» і покотили віз прогресу не в гору, а найлегшим і приємним шляхом — вниз і під укіс. Навіть сьогодні проекти надзвукових пасажирських літаків розробляються під той самий сегмент, під який зробили й інший інноваційний концепт: конвертоплан «Августа-Вестланд» AW609. Цей сегмент — сегмент бізнес-перевезень для заможних клієнтів, коли літак везе не півтисячі пасажирів у скотських умовах, а десяток людей за умов максимальної ефективності та максимального комфорту. Знайомтесь, Aerio AS2. Якщо пощастить — полетить уже найближчим часом, 2021 року:

Думаю, там уже все досить серйозно — і партнерство з «Ейрбасом», і заявлені інвестиції в 3 млрд. доларів цілком дозволяють вважати проект не «підсадною качкою», а серйозною заявкою. Коротше, «солідний господь – для солідних панів». А не для будь-яких злиднів, які дозволили світові наприкінці ХХ століття звернути на легкий та зручний шлях.

Втім, я вже писав про це, не буду повторюватися. Тепер це вже не більше, ніж минуле:

Тепер ми живемо в іншому світі. У світі без надзвукової авіації для всіх. Втім, це не найстрашніша втрата.

Швидкість звукової хвилі величина не постійна навіть за умови, що середовище поширення звуку, що розглядається, є повітрям. Швидкість звуку при фіксованій температурі повітря та атмосферного тиску змінюється із зростанням висоти над рівнем моря.

У міру збільшення висоти над рівнем моря швидкість звуку зменшується. Умовною точкою відліку величини є нульовий рівень моря. Отже, швидкість з якою звукова хвиля стелиться по водній гладі дорівнює 340.29 м/с за умови температури навколишнього повітря 15 0 С та атмосферного тиску 760 мм. рт.ст. Отже, літаки, що літають зі швидкістю вище, ніж швидкість звуку, називають надзвуковими.

Перші досягнення надзвукової швидкості

Надзвуковими літаками називають літальні апарати виходячи з їхньої фізичної здатності пересуватися зі швидкістю вище ніж звукові хвилі. У звичних нам кілометрах на годину цей показник в середньому дорівнює 1200 км/ч.

Ще літаки часів Другої світової війни з поршневими ДВС і пропелерами, що створюють повітряний потік, при пікіруванні вже досягали позначки швидкості в 1000 км/год. Щоправда, за розповідями пілотів, у ці моменти літак починало страшно трясти внаслідок сильної вібрації. Відчуття було таке, що крила можуть просто відірватися від фюзеляжної частини літака.

Згодом під час створення надзвукових літаків інженери-проектувальники враховували вплив повітряних потоків на конструкцію літаків при досягненні швидкості звуку.

Подолання надзвукового бар'єру літаком

Коли літак пересувається серед повітряних мас він буквально розсікає повітря на всі боки, створюючи шумовий ефект і хвилі повітряного тиску, що розходяться у всі напрямки. При досягненні літального апарату швидкості звуку виникає момент, коли звукова хвиля не здатна випередити літак. Через це перед передньою частиною літака виникає ударна хвиля у вигляді щільного бар'єру з повітря.

Шар повітря, що виник попереду літака в момент досягнення літальним апаратом швидкості звуку створює різке зростання опору, що і служить джерелом зміни характеристик стійкості літака.

Коли літак летить, звукові хвилі поширюються від нього на всі боки зі швидкістю звуку. Коли літак досягає швидкості М=1, тобто швидкості звуку, звукові хвилі накопичуються перед ним і утворюють шар ущільненого повітря. При швидкостях вище за швидкість звуку ці хвилі утворюють ударну хвилю, яка досягає землі. Ударна хвиля сприймається як звуковий удар, що акустично сприймається людським вухом внизу на земній поверхні як глухий вибух.

Цей ефект можна постійно спостерігати під час навчань надзвукових літаків цивільним населенням у районі польотів.

Ще одним цікавим фізичним явищем при польоті надзвукових літаків – це візуальне випередження літальних апаратів їхнього власного звуку. Звук спостерігається із деяким запізненням за хвостом літака.

Число Маха в авіації

Теорію з підтверджуючим експериментальним процесом утворення ударних хвиль продемонстрував ще задовго до першого польоту надзвукового літака австрійський фізик Ернст Мах (1838 - 1916). Величину, що виражає відношення швидкості літального апарату до швидкості звукової хвилі, називають сьогодні на честь вченого - Махом.

Як ми вже обмовилися у водній частині, на швидкість звуку в повітряному середовищі впливають такі метеорологічні умови, як тиск, вологість та температура повітря. Температура в залежності від висоти польоту літака змінюється від +50 на поверхнях Землі до -50 у шарах стратосфери. Тому на різних висотах для досягнення надзвукових швидкостей обов'язково враховуються місцеві метеоумови.

Для порівняння над нульовою оцінкою рівня моря швидкість звуку становить 1240 км/год, тоді як у висоті понад 13 тис. км. ця швидкість знижується до 1060 км/год.

Якщо прийняти співвідношення швидкості літального апарата до швидкості звукового за М, то при значенні М>1 це буде завжди надзвукова швидкість.

Літаки із дозвуковою швидкістю мають значення М = 0.8. Виделка значень Маха від 0,8 до 1,2 задають навколозвукову швидкість. А ось гіперзвукові літальні апарати мають число Маха понад 5. З відомих військових російських надзвукових літаків можна виділити СУ-27 – винищувач перехоплювачів, Ту-22М – бомбардувальник ракетоносець. З американських відомий SR-71 – літак розвідник. Першим надзвуковим літаком у рамках серійного виробництва став американський винищувач F-100 у 1953 році.

Модель космічного човника під час випробувань у надзвуковій аеродинамічній трубі. Спеціальна методика тіньової фотографії дозволила сфотографувати, де виникають ударні хвилі.

Перший надзвуковий літак

За 30 років із 1940 по 1970 швидкість літаків зросла в кілька разів. Перший переліт із навколозвуковою швидкістю було здійснено 14 жовтня 1947 року на американському літаку Bell XS-1 у штаті Каліфорнія над авіабазою.

Пілотував реактивний літак Bell XS-1 капітан американських ВПС Чак Йіге. Йому вдалося розігнати апарат до швидкості 1066 км/год. У ході цього випробування було отримано суттєвий зріз даних для подальшого поштовху у розвитку надзвукових літаків.

Конструкція крил надзвукових літаків

Підйомна сила і лобовий опір зі швидкістю збільшуються, тому крила стають меншими, тоншими і набували стрілоподібної форми, покращуючи обтічність.

У літаків, пристосованих до надзвукових польотів крила, на відміну від звичайних дозвукових літаків, витягувалися під гострим кутом назад, нагадуючи наконечник стріли. Зовні крила утворювали трикутник у єдиній площині з його гострокутною вершиною у передній частині літака. Трикутна геометрія крила дозволяла керувати літаком передбачувано в момент переходу звукового бар'єру та як наслідок уникнути вібрацій.

Існують моделі, в яких застосовувалися крила зі змінною геометрією. У момент зльоту та посадки кут крила щодо літака дорівнював 90 градусам, тобто перпендикулярний. Це необхідно для створення максимальної підйомної сили в момент зльоту та посадки, тобто в той момент, коли швидкість знижується і підйомна сила при гострому куті при незмінній геометрії досягає свого критичного мінімуму. Зі зростанням швидкості геометрія крила змінюється до максимально гострого кута біля основи трикутника.

Літаки-рекордсмени

У ході гонки за рекордними швидкостями в небі літаком Bell-X15, на борту якого було встановлено ракетний двигун, було досягнуто рекордної швидкості 6,72 або 7200 км/год у 1967 році. Цей рекорд не могли побити довгий час.

І лише в 2004 році безпілотний гіперзвуковий літальний апарат NASA X-43, який розроблявся для польоту з гіперзвуковою швидкістю, вдалося в рамках третього польоту розігнати до рекордних 11 850 км/год.

Перші два польоти закінчилися невдало. Сьогодні ця найвища цифра швидкості літака.

Випробування надзвукового автомобіля

На цьому реактивному надзвуковому автомобілі Thrust SSC встановлено два авіаційних двигуни. У 1997 році він став першим наземним транспортним засобом, який подолав звуковий бар'єр. Як і при надзвуковому польоті, перед автомобілем з'являється ударна хвиля.

Наближення автомобіля беззвучне, тому, що весь створюваний шум зосереджений у ударній хвилі, що йде за ним.

Надзвукові літаки у цивільній авіації

Що стосується цивільних надзвукових літаків, то всього відомі 2 серійні літаки, що виконують регулярні рейси: радянський ТУ-144 і французький Concorde. ТУ-144 здійснив свій дебютний виліт 1968 року. Ці апарати були призначені для далеких трансатлантичних перельотів. Час перельоту було значно скорочено порівняно з дозвуковими апаратами за рахунок збільшення висоти перельоту до 18 км, де літак використав незавантажений повітряний коридор і пройшов хмарне завантаження.

Перший цивільний надзвуковий літак СРСР ТУ-144 завершив свої польоти в 1978 через їх нерентабельність. Остаточну точку у рішенні про відмову експлуатувати у регулярних рейсах було прийнято через катастрофу досвідченого екземпляра ТУ-144Д під час його випробування. Хоча варто відзначити, що за рамками цивільної авіації літак ТУ-144 продовжували експлуатувати для термінової поштової та вантажної доставки з Москви до Хабаровська аж до 1991 року.

Тим часом, незважаючи на дорогі квитки, французький надзвуковий літак «Конкорд» продовжував надавати послуги авіарейсів для своїх європейських клієнтів до 2003 року. Але зрештою, незважаючи на багатший соціальний прошарок європейських жителів, питання нерентабельності було все одно неминуче.

Коли може піднятися у небо новий надзвуковий пасажирський літак? Бізнес-джет на базі бомбардувальника Ту-160: чи реально? Як безшумно подолати звуковий бар'єр?

Ту-160 - найбільший і потужний в історії військової авіації надзвуковий літак і літак зі змінною геометрією крила. Серед льотчиків отримав прізвисько "Білий лебідь". Фото: AP

Чи має надзвукові пасажирські машини перспектива? - Запитала я недавно видатного російського авіаконструктора Генріха Новожилова.

Звісно є. Принаймні надзвуковий бізнес-літак обов'язково з'явиться, – відповів Генріх Васильович. - Мені неодноразово доводилося розмовляти з американськими бізнесменами. Вони чітко заявляли: "Якби такий літак з'явився, пане Новожилов, то, хоч би як дорого він коштував, його б у вас миттєво купили". Швидкість, висота та дальність – три фактори, які актуальні завжди.

Так, актуальні. Мрія будь-якого бізнесмена: вранці перелетіти через океан, укласти велику угоду, а ввечері повернутись додому. Сучасні літаки літають не швидше ніж 900 км/год. А надзвуковий бізнес-джет матиме крейсерську швидкість близько 1900 км/год. Які перспективи для ділового світу!

Ось чому ні Росія, ні Америка, ні Європа ніколи не залишали спроб створити нову надзвукову пасажирську машину. Але історія тих, що вже літали - радянського Ту-144 та англо-французького "Конкорду", - навчила багато чому.

У грудні цього року буде півстоліття, як Ту-144 здійснив перший політ. А через рік лайнер показав, на що здатний: подолав звуковий бар'єр. Він набрав швидкість 2,5 тис. км/год на висоті 11 км. Ця подія увійшла до історії. У світі досі немає аналогів пасажирських бортів, здатних повторити подібний маневр.

"Сто сорок четвірка" відкрила принципово нову сторінку у світовому літакобудуванні. Кажуть, на одній із нарад у ЦК КПРС конструктор Андрій Туполєв доповідав Хрущову: машина виходить досить ненажерливою. Але той лише махнув рукою: ваша справа - втерти носа капіталістам, а гас у нас - хоч залийся...

Ніс - втерли. Гасовим - залилися.

Втім, і європейський конкурент, який злетів пізніше, теж не відзначився економічністю. Так, 1978 року дев'ять "Конкордів" завдали своїм компаніям близько 60 млн доларів збитку. І лише урядові субсидії врятували становище. Проте "англо-француз" літав аж до листопада 2003 року. А ось Ту-144 списали набагато раніше. Чому?

Насамперед не виправдався хрущовський оптимізм: у світі вибухнула енергетична криза і ціни на гас кинулися вгору. Надзвуковий первісток одразу ж охрестили "удавом на шиї "Аерофлоту". Величезна витрата палива нокаутувала і проектну дальність польотів: Ту-144 не дотягував ні до Хабаровська, ні до Петропавловська-Камчатського. Тільки з Москви до Алма-Ати".

І якби тільки це. 200-тонна "праска", що курсувала над густонаселеними районами на надзвуковій швидкості, буквально підірвала весь простір уздовж траси. Посипалися скарги: надої у буренок упали, кури перестали нестись, кислотні дощі задавили... Де правда, де брехня – сьогодні однозначно не скажеш. Але факт залишається фактом: "Конкорд" літав лише над океаном.

Зрештою, найважливіше - катастрофи. Одна - у червні 1973-го на авіасалоні в паризькому Ле Бурже, як то кажуть, на виду у планети всієї: екіпаж льотчика-випробувача Козлова хотів продемонструвати можливості радянського лайнера... Інша - через п'ять років. Тоді виконувався випробувальний політ із двигунами нової серії: вони якраз мали витягти літак на необхідну дальність.

"Конкорд" теж не уникнув трагедії: літак розбився у липні 2000 року при вильоті з аеропорту Шарль де Голль. За іронією долі, він звалився майже там, де колись Ту-144. Загинули 109 людей на борту та четверо на землі. Регулярні пасажирські перевезення відновилися лише через рік. Але була ще низка інцидентів, і на цьому надзвуковику теж поставили жирну крапку.

31 грудня 1968 року відбувся перший політ Ту-144, на два місяці раніше за "Конкорд". А 5 червня 1969 на висоті 11 000 метрів наш літак першим у світі вирвався за межі звукового бар'єру. Фото: Сергій Міхєєв/ РГ

Сьогодні, на новому витку розвитку технологій, вченим необхідно знайти баланс між суперечливими факторами: гарною аеродинамікою нового надзвукового літака, невеликою витратою палива, а також жорсткими обмеженнями на шум та звуковий удар.

Наскільки реально створити новий пасажирський надзвук на базі бомбардувальника Ту-160? З погляду суто інженерного - цілком, кажуть експерти. І в історії є приклади, коли військові літаки успішно "знімали погони" і відлітали "на громадянку": так, Ту-104 було створено на основі далекого бомбардувальника Ту-16, а Ту-114 - бомбардувальника Ту-95. В обох випадках довелося переробляти фюзеляж – змінювати схему розташування крила, розширювати діаметр. Фактично це були нові літаки, та досить успішні. До речі, цікава деталь: коли Ту-114 вперше прилетів до Нью-Йорка, там у приголомшеному аеропорту не знайшлося ні відповідного по висоті трапу, ні тягача.

Схожі роботи як мінімум знадобляться і за конверсією Ту-160. Однак наскільки це рішення буде економічно ефективним? Все потрібно ретельно оцінити.

Скільки потрібно таких літаків? Хто і куди на них літатиме? Наскільки вони будуть доступні для пасажирів? Коли окупляться витрати на розробку?

Тим часом, як стверджують експерти, перший російський надзвуковий адміністративний літак (бізнес-джет) може бути спроектований за сім-вісім років за наявності зачепила по двигуну. Такий літак зможе вмістити до 50 людей. Загальний попит на внутрішньому ринку прогнозується на рівні 20-30 машин за ціною 100-120 млн доларів.

Серійний надзвуковий пасажирський літак нового покоління може з'явитися близько 2030 року

Над проектами надзвукових бізнес-джетів працюють конструктори з обох боків океану. Усі шукають нові компонувальні рішення. Хтось пропонує нетиповий хвіст, хтось – зовсім незвичайне крило, хтось – фюзеляж із вигнутою центральною віссю.

Фахівці ЦАГІ розробляють проект СДС/УПС ("надзвуковий діловий літак/надзвуковий пасажирський літак"): за задумом, трансатлантичні перельоти на відстань до 8600 км він зможе виконувати з крейсерською швидкістю не менше 1900 км/год. Причому салон зроблять трансформованим - з 80-місного до 20-місного VIP-класу.

Минулого літа на авіасалоні в Жуковському однією з найцікавіших стала модель високошвидкісного цивільного літака, створена вченими ЦАГІ в рамках міжнародного проекту HEXAFLY-INT. Цей літак повинен літати зі швидкістю понад 7-8 тис. км/год, що відповідає числам Маху 7 чи 8.

Але щоб високошвидкісний цивільний літак став реальністю, вирішить величезний спектр завдань. Вони пов'язані з матеріалами, водневою силовою установкою, її інтеграцією з планером та отриманням високої аеродинамічної ефективності самого літального апарату.

І що вже точно: конструктивні особливості проектованої крилатої машини будуть явно нестандартними.

Компетентно

Сергій Чернишев, генеральний директор ЦАГІ, академік РАН:

Рівень звукового удару (різкий перепад тиску ударної хвилі) від Ту-144 дорівнював 100-130 паскалей. Але сучасні дослідження показали, що його можна довести до 15-20. Більше того, знизити гучність звукового удару до 65 децибелів, а це еквівалентно шуму великого міста. Досі у світі немає офіційних нормативів щодо допустимого рівня звукового удару. І найімовірніше його буде визначено не раніше 2022 року.

Ми вже запропонували вигляд демонстратора надзвукового цивільного літака майбутнього. Зразок має показати можливість зниження звукового удару у надзвуковому крейсерському польоті та шуму в районі аеропорту. Розглядаються кілька варіантів: літак на 12–16 пасажирів, також на 60–80. Є варіант зовсім невеликого ділового літака - на 6-8 пасажирів. Це різні ваги. В одному випадку машина важитиме приблизно 50 тонн, а в іншому – 100-120 і т.д. Але стартуємо ми саме з першого із позначених надзвукових літаків.

За різними оцінками, вже сьогодні є нереалізована на ринку потреба у швидких перельотах ділових людей на літаках із пасажиромісткістю 12-16 осіб. І, звичайно, машина повинна літати на відстань не менше 7-8 тисяч кілометрів трансатлантичними маршрутами. Крейсерська швидкість буде 1,8-2 Маха, тобто приблизно вдвічі швидше за швидкість звуку. Така швидкість є технологічним бар'єром для використання у конструкції планера звичайних алюмінієвих матеріалів. Тому мрія вчених – зробити літак повністю із температурних композитів. І добрі напрацювання є.

Чіткі вимоги до літака повинен визначити стартовий замовник, і тоді на етапах ескізного проектування та проведення дослідно-конструкторських робіт можлива зміна вихідного вигляду літака, отриманого на етапі попереднього проектування. Але обґрунтовані принципи зниження звукового удару залишаться незмінними.

Недовга пасажирська експлуатація надзвукового Ту-144 обмежилася рейсами з Москви до Алма-Ати. Фото: Борис Корзин/ Фотохроніка ТАРС

Думаю, до прототипу нас відокремлює 10-15 років. Найближчим часом, за нашими планами, має з'явитися літаючий демонстратор, вигляд якого опрацьовується. Його головне завдання – продемонструвати основні технології створення надзвукового літака з низьким рівнем звукового удару. Це потрібний етап роботи. Серійний надзвуковий літак нового покоління може з'явитись на горизонті 2030 року.

Олег Смирнов, заслужений пілот СРСР, голова комісії з цивільної авіації Громадської ради Ространснагляду:

Зробити на базі Ту-160 пасажирський надзвук? Для наших інженерів – цілком реально. Не проблема. Тим більше що ця машина дуже хороша, з чудовими аеродинамічними якостями, хорошим крилом, фюзеляжем. Проте сьогодні будь-який пасажирський літак має насамперед відповідати міжнародним вимогам льотної та технічної придатності. Розбіжностей, якщо порівнювати бомбардувальник та пасажирський літак, - понад 50 відсотків. Наприклад, коли деякі кажуть, що при переробці треба "роздмухати фюзеляж", треба розуміти: сам Ту-160 важить понад 100 тонн. "Роздуття" - це ще додати вагу. А значить – збільшити витрату палива, зменшити швидкість та висоту, зробити апарат за своїми експлуатаційними витратами абсолютно непривабливим для будь-якої авіакомпанії.

Щоб створити надзвуковий літак для ділової авіації, потрібні нова авіоніка, нові авіадвигуни, нові матеріали, нові види палива. На Ту-144 гас, що називається, лився рікою. Сьогодні подібне неможливе. А головне – на такий літак має бути масовий попит. Одна-дві машини на замовлення від мільйонерів фінансової проблеми не вирішать. Авіакомпанії повинні будуть брати його в лізинг та "відпрацьовувати" вартість. На кому? Звичайно, на пасажирах. З погляду економіки проект стане провальним.

Сергій Мельниченко, генеральний директор МКАА "Безпека польотів":

За майже 35 років, що пройшли з початку серійного випуску Ту-160, технології пішли вперед, і це доведеться враховувати за глибокої модернізації існуючого літака. Літакобудівники кажуть, що набагато простіше і дешевше створити новий літак відповідно до нової концепції, ніж розбудовувати старий.

Інше питання: якщо Ту-160 буде перебудовано саме під бізнес-джет, чи зацікавляться ним арабські шейхи? Проте є дещо "але". Літаку потрібно буде отримати міжнародний сертифікат (а за його видачею стоять Євросоюз та США), що дуже проблематично. Крім того, знадобляться нові економічні двигуни, яких ми не маємо. Ті, що є, паливо не споживають, а п'ють.

Якщо літак переобладнують під перевезення економ-пасажирів (що малоймовірно), то питання - а куди літати і кого возити? Ми за минулий рік тільки-но підібралися до цифри 100 млн перевезених пасажирів. У СРСР ці показники були значно вищими. Кількість аеродромів зменшилась у кілька разів. Далеко не всі, хто хотів би злітати до європейської частини країни з Камчатки та Примор'я, можуть собі це дозволити. Квитки на літак, що п'є паливо, будуть дорожчими, ніж на "боїнги" та "ербаси".

Якщо літак планується перебудувати суто під інтереси керівників великих компаній, то, швидше за все, і буде. Але тоді це питання стосується суто їх, а не російської економіки та людей. Хоча й у разі складно уявити, що польоти виконуватимуться лише у Сибір чи Далекий Схід. Проблема із шумами на місцевості. А якщо оновлений літак не пустять на Сардинію, то кому він потрібний?

Надзвукові літаки - літальні апарати, здатні здійснювати політ швидкості, перевищує швидкість звуку (число Маха M = 1,2-5).

Історія

Поява у 1940-х роках реактивних винищувачів поставила перед конструкторами завдання у подальшому збільшенні їхньої швидкості. Збільшена швидкість покращувала характеристики як бомбардувальників, і винищувачів.

Першопрохідцем у надзвукову еру став американський льотчик-випробувач Чак Єгер. 14.10.1947 р., керуючи експериментальним літаком Bell X-1 з ракетною силовою установкою XLR-11, у керованому польоті він подолав швидкість звуку.

Розвиток

Бурхливий розвиток надзвукової авіації почався у 60-70 рр. ХХ століття. Тоді вирішилися проблеми аеродинамічної ефективності, керованості та стійкості літаків. Велика швидкість польоту дозволила також збільшити практичну стелю на понад 20 000 м, яка була комфортною висотою для бомбардувальників та розвідників.

До появи зенітно-ракетних установок та комплексів, які могли вражати цілі на великих висотах, головним принципом проведення бомбардувальних операцій було утримання літаків-бомбардувальників на максимальній висоті та швидкості. Тоді були побудовані та запущені в серійне виробництво надзвукові літаки різного призначення – розвідники-бомбардувальники, перехоплювачі, винищувачі, перехоплювачі-бомбардувальники. Convair F-102 Delta Dagger став першим надзвуковим літаком-розвідником, Convair B-58 Hustler - першим надзвуковим далеким бомбардувальником.

В даний час проводиться проектування, розробка та випуск нових літаків, частина яких проводиться за особливою технологією, що знижує їхню радіолокаційну та візуальну помітність, – «Стелс».

Пасажирські надзвукові літаки

В історії авіації було створено лише 2 пасажирські надзвукові літаки, які здійснювали регулярні рейси. Перший політ радянського літака Ту-144 відбувся 31.12.1968 р., час його експлуатації – 1975-1978 рр. Англо-французький літак «Конкорд» зробив перший політ 2.03.1969 р. та експлуатувався на трансатлантичному напрямку у 1976-2003 рр.

Використання таких літаків дозволило не лише зменшити час перельоту на далекі відстані, але й використовувати незайняті повітряні лінії на великих висотах (близько 18 км) у той час, коли висоти 9-12 км, які використовували лайнери, були завантажені. Також надзвукові літаки виконували рейси поза повітряними трасами (за спрямованими маршрутами).

Незважаючи на провал кількох проектів навколозвукових та надзвукових літаків (SSBJ, Ту-444, Ту-344, Ту-244, Lockheed L-2000, Boeing Sonic Cruiser, Boeing 2707) та зняття двох реалізованих проектів з експлуатації, продовжується розробка сучасних проектів гіперзвук (наприклад SpaceLiner, ZEHST) та десантних (військово-транспортних) літаків швидкого реагування. У виробництво запущено надзвуковий бізнес-джет Aerion AS2.

Теоретичні питання

У порівнянні з дозвуковим політ на надзвуковій швидкості виконується за іншим законом, тому що при досягненні літаком швидкості звуку відбуваються зміни в схемі обтікання, як наслідок, збільшується кінетичний нагрів апарату, зростає аеродинамічний опір, спостерігається зміна аеродинамічного фокусу. Все це в сумі позначається на погіршенні керованості та стійкості літака. Також з'явилося невідоме досі явище хвильового опору.

Тому ефективний політ при досягненні швидкості звуку вимагає не просто збільшення потужності двигунів, а й запровадження нових конструктивних рішень.

Тому такі літаки отримали зміну у своєму зовнішньому вигляді – з'явилися гострі кути та характерні прямі лінії порівняно з «гладкою» формою дозвукових літаків.

На сьогоднішній день завдання створення дійсно ефективного надзвукового літака не вирішено. Автори повинні шукати компроміс між збереженням нормальних злітно-посадкових показників і вимогою підвищення швидкості.

Тому завоювання сучасної авіацією нових рубежів за висотою та швидкістю пов'язане не тільки з впровадженням нових рухових установок та компонувальних схем, але й зі змінами геометрії польотів. Ці зміни повинні покращувати якості літака при польоті на великих швидкостях, не погіршуючи їх характеристики на малих швидкостях, і навпаки. Конструктори останнім часом відмовляються від зменшення площі крил і товщини їх профілів, збільшення кута стріловидності, повертаючись до крил великої відносної товщини та малої стріловидності, якщо вдалося досягти вимог практичної стелі та швидкості.

Важливо, щоб надзвуковий літак мав хороші льотні дані на малих швидкостях і був стійкий до лобового опору при великих швидкостях, особливо на приземних висотах.

Класифікація літаків:

А

Б

В

Г

Д

І

До

Л

Про

П

Р